淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料的工艺配方优化*

刘晓媛，付文军，杨喜雅，汪雅馨

（信阳农林学院食品学院，河南 信阳 464000）

我国米粉生产多采用湿磨法，该法会产生大量加工副产物，即淘米水[1]，直接排放会对环境造成污染。淘米水内富含可溶性糖、矿物质、蛋白质和维生素等，若合理利用，可有效节约资源。目前国内应用最为广泛的淘米水回收方式是微生物发酵[2]，淘米水经发酵处理，其有机酸和多酚类含量会显著增加[3]。猕猴桃作为信阳特色农产品资源之一，富含类胡萝卜素、多酚、黄酮等生物活性成分[4-5]，但成熟度较高的猕猴桃极难储运，因此成熟之际，常被用于制作果汁和酿造果酒[6]，而以果蔬汁为基质发酵制备的饮料，大多存在口感单一、蛋白质含量低等问题。为此，将淘米水与猕猴桃汁复配，再接种植物乳杆菌发酵制备兼具米香的淘米水-猕猴桃汁复合发酵饮料，既合理利用了米粉加工副产物，也为猕猴桃的精深加工提供更多可能。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

淘米水，潢川裕丰粮业有限公司；猕猴桃，信阳市售；植物乳杆菌，西安米先尔生物科技有限公司；黄原胶、果胶、阿拉伯胶，江苏锐康莱科技有限公司；白砂糖，新疆农垦现代糖业有限公司；糖化酶，河南万邦化工科技有限公司；硫酸钾、硼酸、氢氧化钠，均为分析纯。

1.2 工艺流程及操作要点

1.2.1 工艺流程

工艺流程如图1。

图1 淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料工艺流程

1.2.2 操作要点

糖化：向淘米水中添加质量分数为0.05%的糖化酶，80 ℃恒温糖化4 h；淘米水与猕猴桃汁复配：淘米水与猕猴桃汁按一定质量比混匀，过滤备用；接种发酵：以淘米水与猕猴桃汁混合物的质量为基准，1.5%的植物乳杆菌，30 ℃密封发酵24 h；稳定剂调配：向发酵完毕的淘米水-猕猴桃汁混合汁中添加质量分数为0.15%的黄原胶；均质：发酵液过胶体磨均质即可。

1.3 实验方法

1.3.1 单因素实验

固定淘米水-猕猴桃汁复配比例为1∶6，植物乳杆菌添加量为1.5%，发酵24 h，添加蔗糖4%，柠檬酸0.07%，以可溶性固形物含量和感官评分为评判指标，探讨淘米水-猕猴桃汁复配比例（1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10），植物乳杆菌接种量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%），发酵时间（6 h、12 h、24 h、36 h、48 h），蔗糖添加量（2%、3%、4%、5%、6%），柠檬酸添加量（0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.10%）等因素对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料口感和风味的影响。

1.3.2 均方差实验

相对更高的牌照价值，商业银行理财子公司的准入门槛也相应被抬高。根据《管理办法》，理财子公司的最低注册资本为10亿元人民币。同时，还要求股东入股资金为自有资金，不得以债务资金和委托资金等非自有资金入股，避免虚假注资、循环注资。此外，股东在银行理财子公司章程中承诺5年内不转让所持有的股权，不将所持有的股权进行质押或设立信托。

采用单因素分析法，得到了各因素的最佳配比。为了得到各因素对产品质量的影响，并简化实验次数，以感官评分为指标，采用均方差分析法，探究每个因素对产品质量的影响，各个因素的感官评分均方差Dev计算见公式：

式中：Dev为均方差；C 为各因素感官评分平均值；Ci为各因素感官评分值；n 为每组实验次数。

1.3.3 正交优化实验

在单因素实验基础上，选择植物乳杆菌接种量（A）、发酵时间（B）、淘米水-猕猴桃汁复配比例（C）三个因素作为正交实验因素，进行正交实验，以成品的感官评分、pH 作为评价指标，确定淘米水发酵的最佳条件，正交因素水平见表1。

表1 正交实验的因素水平表

1.4 理化指标测定

1.4.1 pH、总酸、挥发酸测定采用pH 计参照GB/T 15038—2006 葡萄酒、果酒通用分析方法测定总酸和挥发酸。

1.4.2 可溶性固形物

参考余稳稳等[7]的方法测定可溶性固形物。

1.4.3 蛋白质

参照GB/T 5009.5-2016 凯氏定氮法进行检测。

1.5 感官评价

评定小组由10 名发酵专业学生（5 男，5 女）组成，感官分析前对评定小组进行标准香气物质培训，感官分析实验采用随机分组，要求品评员依照规定评分标准从酸甜度、香味、口感、色泽及滋味对样品进行评测，详细评分标准见表2。

表2 感官评价标准

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 和IBM SPSS Statistics 20.0 进行数据统计和分析，并用Origin 2019 b进行绘图。

2 结果分析

2.1 淘米水与猕猴桃汁复配比例对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质的影响

从图2 可知，随着淘米水-猕猴桃汁复配汁中猕猴桃果汁占比的增加，感官评分整体呈先升高后降低的趋势，可溶性固形物含量逐渐下降。在淘米水-猕猴桃汁复配比例为1∶6 时，所得发酵汁的感官评分最高为81 分，该条件下制备的发酵汁米香味与猕猴桃味较协调。在两者复配比例低于1∶6 时，整个复配汁中猕猴桃果汁占比较低，蛋白质含量较高，不适宜植物乳杆菌生长，故此时所得发酵汁整体可溶性固形物含量较高，猕猴桃风味略淡，感官评分较低。但随着淘米水-猕猴桃汁复配汁中猕猴桃添加量的增加，发酵汁内植物乳杆菌生长状况良好，复合汁被充分发酵[8]，此时内部可溶性固形物减少，混合汁酸度增加，甜酸比失调，感官评分下降。综上所述，淘米水-猕猴桃汁复配比例为1∶6 时，所制备的发酵饮料品质较好。

图2 不同淘米水-猕猴桃汁复配比例对饮料品质的影响

2.2 植物乳杆菌接种量对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质的影响

图3 为接种不同量植物乳杆菌发酵制备的淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料感官评分及可溶性固形物含量变化。随着植物乳杆菌添加量的增加，发酵汁内的可溶性固形物含量与感官评分均呈下降趋势。当植物乳杆菌接种量＜1.5%时，所制备的淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料感官评分整体偏低；此时发酵液中植物乳杆菌含量较少，发酵不完全，对应淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料的可溶性固形物含量较高，酸度较低；而当植物乳杆菌接种量＞1.5%时，植物乳杆菌数量增加，同一发酵周期内，发酵进程加快，所得饮料整体的酸度增加[9]，感官评分持续下降。综上所述，植物乳杆菌的接种量在1.5%左右时，制备的淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质较好。

图3 植物乳杆菌接种量对饮料品质的影响

2.3 发酵时间对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质的影响

固定淘米水-猕猴桃汁复配比例和植物乳杆菌接种量，改变发酵时间所制备的淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料感官评分与可溶性固形物含量变化如图4 所示。由于淘米水-猕猴桃复配汁可为植物乳杆菌的生长提供丰富的营养物质，随着发酵时间的延长，所得发酵液内可溶性固形物含量持续下降，感官评分则呈先增后减趋势。植物乳杆菌在整个发酵周期内，不断地利用碳水化合物合成乳酸等酸性物质[10]，致使发酵液随着发酵时间的延长，酸度不断增加，发酵至24 h 时，整个发酵液的酸度适宜，感官评分较高，但当发酵时间延长至48 h，由于植物乳杆菌的过度繁殖，导致整个发酵液酸甜比失衡，感官评分由原来的78 分变为62 分，急剧下降。因此，发酵时间维持在24 h 所得发酵液的口感风味较为适宜。

图4 发酵时间对饮料品质的影响

2.4 蔗糖添加量对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质的影响

由图5 可知，随着蔗糖添加量的增加，可溶性固形物含量总体呈上升趋势，感官评分则先升高后降低。植物乳杆菌属于同型发酵乳酸菌，可直接利用蔗糖[11]，因此，随着蔗糖添加量的增加，植物乳杆菌直接利用蔗糖便可生长代谢，导致淘米水和猕猴桃汁的碳水化合物等营养物质未被合理利用，从而使整个发酵周期内发酵液的可溶性固形物含量持续增加。并且随着植物乳杆菌的生长，整个发酵液的风味发生较大改变，当蔗糖添加量为4%时，整个发酵液的酸甜比较为适宜，感官评分较高；当蔗糖添加量低于或高于4%时，所得发酵液的酸度均较高，口感较差。综上所述，蔗糖添加量应在4%左右较为适宜。

图5 不同蔗糖添加量对饮料品质的影响

2.5 柠檬酸添加量对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质的影响

随着柠檬酸添加量的增加，淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料可溶性固形物及感官评分的变化如图6 所示，柠檬酸的口感较为清爽，常被用于果蔬汁的酸味调节[12]。淘米水与猕猴桃的复合汁经植物乳杆菌发酵后会积累大量的乳酸，乳酸相较于柠檬酸而言，酸味偏涩且温和，因此在制备发酵果蔬汁时，为保持其清爽的口感，可适量添加柠檬酸。随着柠檬酸添加量的增加，发酵液的感官评分和可溶性固形物呈先增后降趋势，柠檬酸添加量为0.07%时感官评分达到最佳。当柠檬酸添加量＞0.07%时，随着发酵液内柠檬酸与乳酸等酸性物质的增加，酸甜比失衡，甚至出现苦涩味。综合考虑，发酵液内柠檬酸的添加量0.07%时较为适宜。

图6 柠檬酸添加量对饮料品质的影响

2.6 单因素均方差分析

为了选出对淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质影响较大的因素，以感官评分为指标，采用均方差分析法，最终筛选均方差较高前3 位，即选择植物乳杆菌接种量、发酵时间、淘米水-猕猴桃汁复配比例进行后续优化实验，单因素均方差分析结果见表3。

表3 各因素的均方差

2.7 正交优化实验及验证实验

选取植物乳杆菌接种量、发酵时间、淘米水-猕猴桃汁复配比例三组因素，以感官评分和pH 为评价指标优化淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料制备工艺，正交实验结果见表4。就感官评分而言，三因素影响排序为A>C>B，该指标所得最优工艺条件为A2B2C2，即植物乳杆菌接种量为1.5%，发酵24 h，淘米水-猕猴桃汁复配比列为1∶6。就pH 而言，三因素影响排序为A>C>B，该评价指标所得最优工艺条件为A2B1C3，即植物乳杆菌接种量为1.5%，发酵20 h，淘米水-猕猴桃汁复配比列为1∶8。

但由于两组指标所得最优组结果冲突，需采用综合平衡法再次分析。对于因素A，两组指标均取A2；对于因素B，其对pH 影响大小排第三位，取B1；对感官评分影响排第三位，取B2。B 取B1时，pH 比取B2时增加了3.79%，B 取B2时，感官评分比取B1时增加了4.62%，综合考虑B 取B2。同理C 取C2。最终得出最优试验方案为A2B2C2，即植物乳杆菌接种量为1.5%，发酵24 h，淘米水-猕猴桃汁复配比列为1∶6。又因表4 中感官评分最高组A2B2C3与正交最优化组A2B2C2冲突，故进行正交验证实验，结果见表5。最终确定淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料的最佳工艺条件为A2B2C2，即植物乳杆菌接种量为1.5%，发酵24 h，淘米水-猕猴桃汁复配比例为1∶6。

表5 正交实验验证实验结果

表6 淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料品质指标

2.8 理化指标测定

经单因素及正交优化实验得到淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料最优制备工艺所发酵的复合果汁可溶性固形物含量为10%，高于国标规定的最低值6%；pH 为3.64，整体酸度较为柔和，属于口感适宜的弱酸性食品（pH＜4.5），蛋白质含量为2.2%。

3 结果

以淘米水和猕猴桃汁为原料，将两者按一定比例复配，接种植物乳杆菌发酵制备淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料，并借助单因素和正交优化实验，以感官评分和可溶性固形物为指标，优化其发酵工艺，最终确定淘米水-猕猴桃汁复配发酵饮料的最佳发酵工艺为淘米水-猕猴桃汁复配比例1∶6，并以复配汁质量为基准确定植物乳杆菌接种量为1.5%，发酵24 h，蔗糖添加量为4%，柠檬酸添加量为0.07%，该工艺条件所制备的淘米水-猕猴桃发酵汁可溶性固形物为10%，蛋白质为2.2%，均符合国标要求，且最终成品色泽均匀，风味协调，具备明显的米香和猕猴桃果香。